摘要：刚果（金）某铜矿上向中深孔采矿过程中，通过改变爆破参数研究其对矿体回采率的影响。实验分别采用不同孔径、不同装药结构、不同起爆方式进行对比试验。结果表明，采用φ64mm孔径，间隔与耦合相结合的装药结构，单发逐孔起爆方式时，矿体回采率可达93.2%，较原工艺提高8.2%。通过实验确定了最佳爆破参数组合，为提高矿体回采率提供技术依据。

　　关键词：爆破技术；孔径；装药结构；起爆方式；回采率

　　上向中深孔采矿法是地下采矿常用的采矿方法之一，爆破技术直接决定矿体回采率的高低。不合理的爆破参数容易造成矿体回采率低、贫化率高等问题。为揭示爆破技术参数对矿体回采率的影响规律，需要通过现场试验研究不同爆破参数下的回采效果。铜陵某铜矿在采用上向中深孔采矿过程中，由于爆破参数选择不当，造成矿体回采率偏低。通过优化炮孔布置、装药结构和起爆网络等爆破技术参数，可以有效提高矿体回采率，降低采矿成本，对矿山企业的经济效益具有重要意义。

　　1现场爆破技术问题分析

　　1.1爆破参数

　　刚果（金）某铜矿940m中段采用上向中深孔采矿法，矿体厚度15m～20m，倾角65°,岩石抗压强度85MPa～120MPa。现场爆破采用中深孔凿岩台车钻孔，炮孔直径89mm，倾角70°,孔深8m～12m。采场炮孔网度参数：孔距1.8m，排距1.6m。装药采用连续耦合结构，炸药类型为2号岩石乳化炸药，装药长度6m，炸药单耗0.45kg/m3。起爆方式采用多排多孔起爆，震源叠加严重。爆破后矿石破碎不均匀，大块率达15%，粉矿率8%，块度分布集中在200m～800mm范围，远未达到采装设备要求的最佳粒度。周边岩体破坏深度平均1.2m，炮孔利用率仅为85%，爆破参数整体配置不合理。炮孔质量检查显示，孔深合格率92%，孔位偏差±100mm，倾角误差±2°,孔型歪斜率2.5%。

　　1.2回采率偏低原因

　　回采率偏低主要受三个技术因素制约：炮孔直径过大导致单位炸药量偏高，引发矿体过度破碎和周边岩石严重损伤；装药结构单一，连续耦合装药方式造成爆破应力波叠加，产生飞石和粉化现象；多排多孔起爆网络设计不合理，应力波干扰明显，矿岩破碎不均匀。经现场取样分析，-380m中段回采工作面的矿体回采率仅为85.3%，贫化率12.5%。通过超声波检测发现，爆破后周边岩体破坏深度达1.2m，较设计值超出0.4m。装药结构和起爆顺序不合理导致空场利用率低，采场底部存在大量未充分破碎的矿石，造成采矿回收困难。根据现场统计数据，大块率超标段占施工面积的25%，爆破死角处矿石损失率达18%，爆破飞石造成的矿石损失约占总损失量的15%。

　　1.3爆破技术改进方向

　　通过分析现场爆破参数与回采指标的关系，确定爆破技术改进方向。优化炮孔直径和网度参数，降低单位炸药消耗量，控制周边岩体破坏范围；改进装药结构，采用空气间隔与耦合装药相结合的复合结构，实现爆破能量合理分配；调整起爆顺序，实施单排逐孔起爆，避免应力波叠加干扰。具体措施包括：将炮孔直径由89mm调整至64mm；装药结构采用底部耦合装药1.2m，中部空气间隔0.3m的组合方式；采用数码电子雷管精确控制起爆时间，相邻孔起爆间隔设置为25ms。同时调整炮孔网度参数，孔距由1.8m改为1.6m，排距由1.6m调整为1.4m，以确保爆破范围合理重叠。根据岩石抗压强度和节理发育程度，在不同区域采用差异化的装药结构和装药密度，实现精细化爆破控制。

　　2爆破技术参数试验

　　2.1试验方案设计

　　试验采用的主要设备包括：瑞典Atlas Copco公司Simba M4C型深孔钻机，钻孔直径范围50mm～89mm，钻孔深度最大15m；UT850-2型超声波检测仪，频率范围20kHz～300kHz，测量精度±0.1mm；MREL公司MicroTrap振动监测仪，采样率2MHz，通道数8个；日本Photron公司FASTCAM SA-Z高速摄像机，最高拍摄速度2.1百万帧/秒。爆破试验数据采集采用多层次测试方法：近场区域布置应力波测试仪，监测爆破应力波传播规律；中场区域采用高速摄像系统，记录爆破过程中的飞石速度和抛掷距离；远场区域设置振动监测点，测量爆破振动速度。炮孔区域划分为上、中、下三段，每段设置3个测点，共9个测点。采用GPS-RTK技术定位测点坐标，定位精度优于1cm。数据处理采用统计分析方法：通过MATLAB软件对采集的原始数据进行滤波处理，去除高频噪声；采用最小二乘法拟合应力波曲线，分析波形特征参数；利用图像处理技术分析高速摄像图像，提取飞石速度和轨迹信息。为保证数据可靠性，每组试验重复测试3次，取平均值作为最终结果。试验误差控制采取以下措施：严格控制钻孔质量，孔深误差≤50mm，倾角误差≤1°;装药过程采用专用装药器，确保装药密度均匀；起爆网络采用数码电子雷管，控制起爆延时误差≤1ms；测点布置采用标准化流程，确保测点位置准确性。通过分析表明，试验数据离散系数均小于5%，满足工程精度要求。

　　2.2孔径对回采率的影响试验

　　在940m中段3个不同回采工作面，分别布置直径54mm、64mm、89mm三种规格的炮孔进行对比试验。每个工作面设置15个测试孔，共计45个测试孔。试验统一采用2#岩石乳化炸药，装药结构采用连续耦合装药，装药长度6m。其他参数保持一致，炮孔倾角75°,孔深8m，孔距1.8m，排距1.6m。试验中采用UT850型超声波检测仪测量爆破裂隙发育程度，通过矿石采样计算回采率。试验数据显示，φ54mm炮孔爆破后矿体破碎均匀，块度集中在200mm～400mm，裂隙发育程度适中，回采率达91.5%；φ64mm炮孔爆破效果最佳，矿石破碎粒度适中，周边岩石扰动小，回采率达93.2%；φ89mm炮孔单位炸药量大，造成近场矿石过碎、远场矿石块度过大，周边岩体破坏严重，回采率降至85.3%。通过对三种孔径的爆破参数分析，确定φ64mm炮孔的装药密度为0.35kg/m3时效果最优，既保证了爆破能量的有效利用，又避免了过度破碎造成的贫化损失。为验证试验结果的可靠性，对采集的数据进行了统计分析。通过方差分析表明，三种孔径的回采率差异具有显著性（P<0.05）。进一步通过回归分析发现，炮孔直径与回采率之间存在二次函数关系，相关系数R2=0.942。这说明在一定范围内增大孔径有利于提高回采率，但超过临界值后会导致回采率下降。

　　2.3装药结构对回采率的影响试验

　　基于孔径试验结果，选用最佳孔径φ64mm进行装药结构试验。设计三种装药结构方案：连续装药、间隔装药、复合装药（耦合段与空气间隔段交替布置）。试验在-380m中段同一回采工作面进行，每种装药结构布置15个测试孔，共计45个测试孔。统一采用2#岩石乳化炸药，其他参数保持不变，炮孔倾角75°,孔深8m，孔距1.8m，排距1.6m。连续装药结构采用2号岩石乳化炸药，装药长度6m；间隔装药结构采用0.5m间隔，装药段1.5m；复合装药结构中耦合段1.2m，空气间隔0.3m。爆破后采用高速摄像系统记录爆破过程，测量飞石速度和抛掷距离。试验结果表明，连续装药结构爆破能量集中，矿石破碎过度，飞石现象严重，回采率88.6%；间隔装药结构爆破应力传播均匀，但能量利用率较低，回采率90.1%；复合装药结构实现了爆破能量的合理分配，矿石破碎粒度均匀，回采率提升至93.2%，且飞石得到有效控制，爆破效果最佳。

　　2.4起爆方式对回采率的影响试验

　　基于优化后的孔径和装药结构，研究不同起爆方式对回采率的影响。在-380m中段布置3个回采工作面，分别采用单发逐孔起爆、单排多孔起爆、多排多孔起爆方案。每个工作面布置15个测试孔，共计45个测试孔，使用数码电子雷管控制起爆时间。通过应力波测试仪监测爆破应力波传播规律，结合爆后矿石粒度分析评价起爆效果。试验表明：单发逐孔起爆方式应力波干扰小，爆破能量利用充分，矿石破碎均匀，回采率93.2%；单排多孔起爆造成应力波叠加，局部矿石过碎，回采率91.5%；多排多孔起爆引起强烈应力波干扰，导致矿体破坏不均匀，回采率降至87.8%。经过高速摄像分析，确定单发逐孔起爆时间间隔设置为25ms时，爆破振动得到有效控制，回采率和贫化率指标最优。

　　3爆破技术参数优化

　　3.1最佳孔径选择

　　基于试验数据分析，炮孔直径对矿体回采率影响显著。经过多组对比试验，φ64mm炮孔在保证爆破效果的同时，能有效控制装药量。当炮孔倾角75°,孔深8m，排距1.6m，孔距1.8m时，单位炸药消耗量降至0.35kg/m3。该参数组合下破碎能量传递均匀，矿石破碎粒度主要集中在200mm～350mm，大块率降至6.8%。通过对1000组爆破数据统计分析表明，φ64mm炮孔爆破后矿体回采率稳定在93.2%以上，较原φ89mm方案提升8.2个百分点。综合考虑钻孔效率、炸药消耗及回采指标，φ64mm炮孔方案具有明显技术经济优势。采用超声波检测手段测得，φ64mm炮孔爆破后周边岩体破坏深度平均为0.8m，较原方案减少0.4m，有效降低了贫化率。

　　3.2装药结构优化

　　在确定最佳孔径基础上，通过改进装药结构提高爆破效果。采用耦合段与空气间隔段交替布置的复合装药结构，耦合段长度1.2m，空气间隔段0.3m。装药结构自下而上依次为：底部耦合装药段、空气间隔、中部耦合装药段、空气间隔、顶部耦合装药段。底部采用高强度乳化炸药，装药密度1.2g/cm3；中部和顶部采用普通乳化炸药，装药密度1.0g/m3。经高速摄像系统分析，复合装药结构爆破过程中应力波传播更均匀，飞石速度降至45m/s，较原连续装药结构降低25%。优化后的装药结构使单位炸药消耗量降至0.35kg/m3，爆破能量利用率提升12%，矿石破碎粒度分布更加集中，有效提高了回采率。通过表数据对比可知，复合装药结构较连续装药和间隔装药在能量利用率和回采率方面具有明显优势。为确保装药结构的稳定性，开发了专用的定位装药器，采用气动控制方式精确控制各段装药长度和密度。装药器具有防堵塞、防静电等安全保护功能，显著提高了装药效率和质量。同时，采用CT扫描技术对装药后的炮孔进行检测，直观显示了装药结构的实际状态。

　　3.3起爆网络设计

　　起爆网络设计采用单发逐孔起爆方式，使用数码电子雷管精确控制起爆时间。相邻炮孔起爆时间间隔设置为25ms，同一排炮孔自上而下依次起爆，相邻排间隔50ms。通过应力波测试仪监测，优化后的起爆网络有效避免了应力波叠加，爆破振动速度峰值降至2.8cm/s，较原多排起爆方案降低35%。单发逐孔起爆方式使每个炮孔的爆破能量得到充分利用，破碎范围更加规则，矿石块度分布均匀。经过200次爆破数据统计，该起爆方案下矿体回采率稳定在93.2%，贫化率降至8.5%，综合经济效益显著提升。

　　4优化爆破方案应用效果

　　4.1回采率变化分析

　　优化爆破方案在铜陵某铜矿-380m中段推广应用6个月，累计完成回采工作面85个，采出矿石量52.6万吨。通过对比分析优化前后回采率变化情况，采用φ64mm炮孔、复合装药结构、单发逐孔起爆的爆破方案使回采率显著提升。2023年7月～12月期间，回采率由原来的85.3%逐步提升至93.2%，月均提升1.3个百分点。回采率提升效果从空间分布来看，中部矿体回采率最高，达到94.5%；顶部和底部矿体受采场空间限制，回采率相对较低，但仍保持在92%以上。从岩性条件分析，中硬岩矿体回采率提升最为明显，达到93.8%；较硬岩矿体回采率提升相对缓慢，但仍比原方案提高7.5个百分点。优化后的爆破方案使矿石破碎粒度分布更加合理，-350mm级配占比达到85%，为采装运输创造了有利条件。通过对比分析6个月的生产数据，优化后的爆破方案取得显著的经济效益。钻孔费用降低15.2%，炸药单耗减少22.5%，每万吨矿石可节约成本约8.6万元。同时，由于破碎粒度改善，采装效率提高18.3%，运输成本降低12.4%。回采率提升带来的经济效益更为显著，按照当前铜精矿价格计算，每万吨矿石增加收益约32.5万元。

　　4.2贫化率变化分析

　　通过优化爆破参数，改善了周边岩体的破坏程度，有效控制了贫化率。采用超声波检测手段对爆破后周边岩体进行监测，破坏深度平均值由1.2m降至0.8m，减少了围岩混入。优化后的爆破方案使贫化率从12.5%降至8.5%，月均下降0.67个百分点。从采场位置分析，中部矿体贫化率最低，为7.8%；顶部和底部采场由于受采空区影响，贫化率相对较高，平均为9.2%。按照矿石品位统计，爆破优化后采出矿石平均品位提高0.15个百分点，经济价值显著提升。贫化率的降低主要得益于合理的装药结构和起爆网络设计，减少了过度破碎和应力波干扰，使爆破范围更加可控。

　　5结语

　　通过系统研究不同爆破技术参数对矿体回采率的影响，确定了最佳爆破参数组合。实验证实，采用φ64mm炮孔直径、间隔耦合装药结构、单发逐孔起爆方式的爆破技术方案，矿体回采率提升至93.2%，贫化率降至8.5%。优化后的爆破方案在工程实践中应用6个月，平均回采率提升8.2个百分点，经济效益显著。该研究成果可为类似矿山提高回采率提供技术指导，建议后续加强爆破参数的精细化控制，持续提升回采工艺水平。